Älypainotuotteen tuotantoprosessin kehittäminen

Abstract

Insinöörityön tarkoituksena oli tehdä selvitys älypainamisympäristön tuotantoprosessista ja tavoitteena oli suunnitella koeympäristöstä laajennetun mittakaavan tuotantoprosessi älypainotuotteen valmistukseen. Työssä käytettiin prosessiajattelua koetuotantoprosessin hahmottamiseen, perinteisen elektroniikan prosessin tutkimiseen, olemassa olevien tuotantoprosessien tutkimiseen sekä mahdollisten laajennetun tuotantoprosessin tekniikkojen selvittämiseen. Työssä selvitettiin lisäksi painetun älyn mahdollisuuksia elektroniikan nopeana ja edullisena tuotantotekniikkana.

Sovellutuksena insinöörityössä oli kapasitiivinen sensori joustavalle hiilinanonuppumateriaalille. Sen toteutettavuutta tutkittiin koetuotanto-olosuhteissa pyrkimällä tuottamaan ammattikorkeakoulun resursseilla toimiva tuote kohtuullisella saannolla. Sensori edustaa orgaanista elektroniikkaa, mutta vertailukohteita otettiin myös epäorgaanisen elektroniikan tutkimuksesta.

Koetuotantoprosessin toteutettavuus todennettiin, ja toimiva kapasitiivinen sensori saatiin tuotettua hyvällä saannolla. Painetun elektroniikan etuja tulevaisuuden elektroniikan tuotantotekniikkana saatiin osoitettua, ja käytetty materiaali saatiin esitettyä mahdollisena painetun elektroniikan haasteisiin vastaavana substraattina. Rullalta rullalle -prosessointi havaittiin nopean tuotannon mahdollistavaksi tekniikaksi.

Mahdollisia tuotantotekniikoita laajennettuun tuotantoprosessiin löydettiin. Sensorin kontaktipintojen päällystys osoittautui tekijäksi, joka mahdollisesti hidastaisi tuotteen siirtymistä laajamittaiseen tuotantoon siinä käytettävän hopean takia. Tutkimusta voitaisiin jatkaa tutkimalla kontaktipintojen kestävyyttä ilman päällystystä tai jollain muulla mahdollisella materiaalilla. Lisäksi prosessin laajennettavuutta käytännössä tulisi tutkia pilottituotannossa esitettyjen tuotantotekniikoiden ja materiaalin yhteensopivuuden ja tuottavuuden varmistamiseksi.

Työ toi esille painetun elektroniikan etuja perinteisen elektroniikan valmistukseen verrattuna ja vastasi painetun elektroniikan haasteisiin koetuotantoprosessissa esitetyllä mahdollisella uudella laajennettavalla tuotantoprosessilla ja siihen sopivalla innovatiivisella materiaalilla.

The objective of the thesis was to study the production process of a printed intelligence product and the aim was to furthermore develop it to concern a larger scale production process. The study used process thinking to perceive the experimental production process, to study traditional production process of electronics, to study existing production processes and to determine possible production techniques for the large-scale process. The study also investigated the potentiality of printed intelligence as a fast and low-cost electronics production method.

The application of the studied process was a capacitive sensor on a flexible carbon nanobud material. Its feasibility was studied at experimental production circumstances at a University of Applied Sciences with the resources available. The application was produced to form a functioning product with a moderate yield. The sensor is an application of organic electronics but inorganic electronics studies were also compared.

The thesis proved the feasibility of the capacitive sensor and its production process. The yield was appropriate. The potentiality of printed electronics as a production technique for future electronics was indicated. The material in use was presented as a plausible substrate solution for printed electronics challenges. Roll-to-roll processing was perceived as the technique that enables fast processing.

Potential production technologies were found for the large-scale process. The printed ink that would use silver to form conductivity was a factor that was found to possibly restrain the process scalability. The study could be extended to examine the durability of the contact area of the sensors or to search for a new ink or joining material. In addition, the process scalability should be audited in pilot manufacturing conditions to confirm the compatibility of the production techniques and base material, as well as productivity.

The thesis observed the usefulness of printed electronics in electronics manufacturing and responded in some of the challenges of printed electronics with a possible new production process and material represented in the scaled up experimental production process.